JP3707180B2 - Method for producing reactive resin water dispersion - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線或いは紫外線等の活性エネルギー線の照射により、又は常温或いは加熱によって硬化可能な反応性樹脂水分散体の製造方法に関するものであり、本発明により製造される反応性樹脂水分散体は、塗料、印刷インキ、接着剤、充填剤、成形材料及びレジスト等として、各種産業分野において有用なものである。
尚、本明細書においては、アクリレート及び/又はメタクリレートを(メタ)アクリレートと、アクリロイル基及び/又はメタクリロイル基を(メタ)アクリロイル基と、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を(メタ)アクリル酸と表す。
又、酸価の単位はmgKOH/gで、固形分換算で示す。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種産業等で使用する有機溶剤、洗浄剤等が大気中に放出されることによる地球規模での大気汚染が進み、生物への影響が懸念されている。このため、各種塗料、インキ及び接着剤等の用途に使用する樹脂組成物において、水性化による無溶剤化の試みがなされている。
反応性樹脂の水性化の方法の一つとして、カルボキシル基を有する重合体にエポキシ基及び不飽和基を有する化合物を付加反応させ、重合体に反応性基である不飽和基を導入して、カルボキシル基及び不飽和基を有する反応性樹脂を製造し、当該樹脂をアルカリにより中和し、又場合によっては乳化剤を使用して、水中又はアルコール等の有機溶剤含有水溶液中に懸濁又は乳化させる方法がある(以下A法という、特開昭51−17922号、同51−23531号)。
又、この他の方法として、界面活性剤の存在下、水中でカルボキシル基を有する重合体を製造し、得られた重合体にエポキシ基及び不飽和基を有する化合物を付加反応させる方法もある(以下B法という、特開平6−211950号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記A法の場合、カルボキシル基を有する重合体にエポキシ基及び不飽和基を有する化合物を付加させる反応は、親水性を有するアルコールやケトン等の溶剤中で有機アミン等の触媒を使用して行われているが、当該反応は反応性が十分でなく、反応に長時間を要すものであった。反応性を高めるためには、有機アミン等の触媒の量を増加させる方法もあるが、この場合は触媒の量が多くなるために、触媒がカルボキシル基を有する重合体と多量に塩を形成してしまい、得られる付加物が溶剤に溶解し難くなるという問題を有するものであった。
又得られる反応性樹脂を水性化する際には、そこに含まれる溶剤を蒸発等により除去する操作が必要であるだけでなく、反応性樹脂から溶剤を完全に留去することが困難であり、このため製品が臭気を有するものとなったり、又溶剤をできるだけ留去しようとすればそのために長時間を要することになり、その結果反応性樹脂はその硬化反応を助長する嫌気的雰囲気に長時間さらされるため最終製品の保存安定性が悪化したり、又着色したりすることがあった。
又、B法の場合、得られる反応性樹脂水分散液は、その液中に界面活性剤を含むため、反応性樹脂の硬化膜が耐水性に劣るものであった。
本発明者らは、製品の保存安定性に優れ、着色もなく、又硬化性、作業性に優れ、その硬化膜が耐水性に優れた反応性樹脂水分散体の工業的に有利な製造方法について鋭意検討を行ったのである。
【0004】
【問題点を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定のカルボキシル基を有する重合体を使用し、特定の方法により反応性樹脂を製造することが有効であることを見出し、本発明を完成した。
以下、本発明を詳細に説明する。
【0005】
【発明の実施の形態】
○(メタ)アクリロイル基及びカルボキシル基を有する重合体
本願発明の製造方法においては、反応性樹脂の骨格となる重合体として、1個以上のカルボキシル基を有する(メタ)アクリレート〔以下カルボキシル基含有(メタ)アクリレートという〕の1種以上、又は該(メタ)アクリレートとこれ以外の1個のエチレン性不飽和基を有する単量体(以下エチレン性不飽和単量体という)の1種類以上とを、特定の条件下で重合して得られる(メタ)アクリロイル基及びカルボキシル基を有する重合体(以下単にカルボキシル基含有重合体という)を使用する。
【0006】
カルボキシル基含有(メタ)アクリレートとしては、種々のものが使用でき、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、桂皮酸又は(メタ)アクリル酸等の不飽和カルボン酸のマイケル付加反応生成物である2量体以上のオリゴマー、ω- カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、フタル酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及びコハク酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0007】
カルボキシル基含有重合体は、カルボキシル基含有(メタ)アクリレートの単独重合体或いは共重合体であっても、又このカルボキシル基含有(メタ)アクリレートとエチレン性不飽和単量体との共重合体であっても良い。
エチレン性不飽和単量体は、前記カルボキシル基含有(メタ)アクリレート以外のものであれば種々のものが使用でき、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニル及び(メタ)アクリレート等が挙げられる。(メタ)アクリレートの具体的としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート及び2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の脂環式アルキル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等の置換アリール(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート及び2−エトキシエチル(メタ)アクリレート等のアルコシキ(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレート、並びにヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及びヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートが挙げられる。
【0008】
カルボキシル基含有(メタ)アクリレートとエチレン性不飽和単量体との共重合割合は、得られるカルボキシル基含有重合体の酸価が、以下に示す酸価を満たす値となることを条件として、任意である。
【0009】
本発明で使用するカルボキシル基含有重合体は、その酸価が50〜500である必要があり、好ましくは100〜300である。酸価が50より小さいと、後記する1個のエポキシ基を有する(メタ)アクリレート〔以下エポキシ基含有(メタ)アクリレートという〕との付加反応に際し、アルカリ性の水性媒体に対するカルボキシル基含有重合体の溶解性又は分散性が不充分なため、付加反応性が低下したり、又は溶解或いは分散に時間を要するという問題がある。カルボキシル基含有重合体の溶解性又は分散性を改善する手段として、水溶液又は分散液中のカルボキシル基含有重合体の固形分濃度を下げる方法もあるが、この時は得られる反応性樹脂水分散体が水媒体を多量に含有するため、乾燥性に劣るものとなってしまう。一方、酸価が500より高いと、得られる反応性樹脂水分散体の粘度が高くなってしまう。
【0010】
カルボキシル基含有重合体の数平均分子量は、1,000〜15,000である必要があり、好ましくは2,000〜10,000である。この値が1,000より小さいと、得られる反応性樹脂は基材との接着力、密着性が劣るものとなってしまい、又その塗膜の強度が十分なものではない。他方、この値が15,000を超える場合は、酸価が50より小さい場合と同様に、アルカリ性の水性媒体に対する溶解性又は分散性が乏しくなってしまう。カルボキシル基含有重合体の固形分濃度を下げれば、溶解性又は分散性を改善することも可能であるが、得られる反応性樹脂水分散体が乾燥性に劣るものとなってしまう。さらにこのような数平均分子量が高いカルボキシル基含有重合体は、エポキシ基含有(メタ)アクリレートとの反応性に劣るため、反応性樹脂への(メタ)アクリロイル基の導入割合が不充分となり、得られる反応性樹脂が硬化性に劣り、又その塗膜の硬度及び強度が低下してしまう。
又、本発明においては、該共重合体の数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の割合である多分散度(Mw/Mn)が、3以下のものを使用することが好ましく、より好ましくは2.5以下である。多分散度がこの範囲にあるカルボキシル基含有重合体は、アルカリ性の水性媒体中への溶解性に優れ、又低粘度の反応性樹脂水分散体を製造するのに特に適している。
尚、本発明において、数平均分子量及び重量平均分子量とは、溶媒としてテトラヒドロフランを使用し、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(以下GPCと略す)により測定した分子量をポリスチレンの分子量を基準にして換算した値である。
【0011】
本発明では、カルボキシル基含有重合体として、カルボキシル基含有(メタ)アクリレート、又は当該(メタ)アクリレートとエチレン性不飽和単量体とを、150〜310℃の高温で重合したものを使用し、好ましくは高温連続重合したものを使用する。
この高温連続重合法によれば、従来の溶液重合により得られるものより多分散度の低い重合体を得ることができる他、熱重合開始剤を用いる必要がないか、又は熱重合開始剤を用いる場合でも少量の使用で目的の分子量のカルボキシル基含有重合体が得られるため、熱や光によりラジカル種を発生するような不純物をほとんど含有しない純度の高いカルボキシル基含有重合体が得られるので、後で述べるカルボキシル基含有重合体とエポキシ基含有(メタ)アクリレートとの付加反応を安定に行うことができ、最終的に得られる反応性樹脂水分散体が保存安定性に優れ、さらにその塗膜が耐候性に優れたものとなる。
【0012】
高温連続重合法については既にいくつかの提案がなされており、例えば特開昭57−502171号、同59−6207号及び同60−215007号等に開示された公知の方法に従えばよい。
例えば、加圧可能な反応器を溶媒で満たし、加圧下で所定温度に設定した後、カルボキシル基含有(メタ)アクリレート、当該(メタ)アクリレートとエチレン性不飽和単量体、又はこれらと必要に応じて重合溶媒とからなる単量体混合物を一定の供給速度で反応器へ供給し、単量体混合物の供給量に見合う量の反応液を抜き出す方法が挙げられる。
重合溶媒を使用する場合において、反応開始時に反応器に仕込む溶媒と単量体混合物に混合する重合溶媒は同一であっても異なっていてもよい。溶媒又は重合溶媒としては、脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン、クメン及びエチルベンゼン等の芳香族炭化水素、ブチルセロソルブ等のセロソルブ及びカルビトール等のグリコールエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等のグライム及びジエチレングリコールジメチルエーテル等のジグライム等のエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、メチルプロピレングリコールアセテート、カルビトールアセテート及びエチルカルビトールアセテート等の酢酸エステル、アセトン及びメチルエチルケトン等のケトン、ヘキサノール、デカノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びブチレングリコール等の脂肪族アルコール、ベンジルアルコール及びトルエンアルコール等の芳香族アルコール、並びにジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、テトラメチレングリコール及びポリテトラメチレングリコール等のポリアルキレングリコールを使用することができる。重合溶媒の使用割合としては、単量体混合物100重量部に対して200重量部以下であることが好ましい。
又、単量体混合物には、必要に応じて、熱重合開始剤を混合することもでき、この場合に使用できる熱重合開始剤は、特に限定されないが、アゾニトリル系の開始剤及び過酸化物系の開示剤等が挙げられる。アゾニトリル系の開始剤としては、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(2-メチルブチロニトリル)及び2,2'−アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)等が挙げられ、過酸化物系の開示剤としては、過酸化水素、ジ−t−ブチルパーオキサイド及びベンゾイルパーオキサイド等が挙げられる。熱重合開始剤を単量体混合物に配合する場合の配合量としては、単量体混合物100重量部に対して0.001〜5重量部とすることが好ましい。
反応温度は、150〜310℃でなければならない。150℃に満たない場合には、得られる重合体の分子量が大きくなりすぎたり、反応速度が遅くなってしまう等の問題があり、他方310℃を超える場合には、分解反応が発生して反応液に着色が見られたり、後で述べる付加反応が不安定になったり、得られる反応性樹脂が不安定になる。圧力は反応に影響を及ぼさず、反応温度と使用する単量体混合物及び溶媒の沸点に依存するもので、前記反応温度を維持できる圧力であればよい。単量体混合物の滞留時間は、2〜60分であることが好ましい。滞留時間が2分に満たない場合は、未反応単量体が多くなってしまい、カルボキシル基含有重合体の収率が低下することがあり、他方滞留時間が60分を超えると、生産性の低下を招く。
【0013】
○反応性樹脂水分散体の製造方法
本発明の製造方法は、前記重合体をアルカリ性の水媒体中に溶解又は分散させ、エポキシ基含有(メタ)アクリレートのエポキシ基を、前記重合体のカルボキシル基に付加反応させるものである。本発明においては、当該付加反応を有機溶剤中ではなく、アルカリ性の水媒体中で行う。水中では付加反応の触媒として働くアルカリ成分を高濃度で存在させることができるため、水媒体中の付加反応は有機溶剤中での反応と比較して格段に速く、又付加反応で得られる反応性樹脂は分散体として得られるから、粘度が低く、塗工性に優れるものである。さらに、有機溶剤中でエポキシ基含有(メタ)アクリレートを付加反応させ、その後溶剤を除去した後水に分散させて反応性樹脂水分散体を製造する方法に比較して、本発明では反応性樹脂が一段で水分散体として得られるため、得られる反応性樹脂水分散体が臭気及び着色等の問題がないものである。
【0014】
当該製造方法は、種々の方法が採用でき、例えば、アルカリ性の水性媒体に、カルボキシル基含有重合体を溶解又は分散させ、当該水溶液又は分散液に、エポキシ基含有(メタ)アクリレートを添加して、加熱撹拌する方法が挙げられる。
この場合の反応温度としては、60℃〜100℃が好ましい。当該付加反応により、カルボキシル基含有重合体がアルカリ性の水性媒体に溶解している場合は、反応性樹脂となって水中に分散するようになり、アルカリ性の水性媒体に分散している場合は、反応性樹脂となってそのまま水中で分散状態を維持する。
【0015】
本願発明の製造方法において、カルボキシル基含有重合体のカルボキシル基に付加反応させるエポキシ基含有(メタ)アクリレートとしては、グリシジル(メタ)アクリレートが、得られる反応性樹脂が、分子中に存在する(メタ)アクリロイル基の割合が高いものとなり、反応性に優れるため好ましい。
【0016】
カルボキシル基含有重合体中のカルボキシル基に対する、エポキシ基含有(メタ)アクリレートの反応割合は、付加反応後の反応性樹脂の酸価が、20〜200となる割合が好ましい。
付加反応後の反応性樹脂の酸価が20に満たない場合は、得られる反応性樹脂水分散体の分散性が十分でなく、樹脂分が凝集したり、沈殿する場合がある。又酸価が200を越える場合は、生成した反応性樹脂が、水中に分散せずに溶解してしまい、従って粘度が高く扱いづらいものになってしまう。水分散体の粘度が高くなった場合には、反応性樹脂の固形分を低下させることにより粘度を下げることもできるが、当該水分散体は乾燥性が十分でなくなる。
【0017】
反応媒体として使用するアルカリ性の水性媒体において、アルカリの種類としては種々のものが使用でき、例えばアンモニア、有機アミン及び水酸化ナトリウム等の無機塩基等が挙げられるが、乾燥時に塗膜中から蒸発飛散して、得られる塗膜の耐水性を維持することができることから、アンモニア及び低分子量有機アミンが好ましい。
低分子量有機アミンとしては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン等のトリアルキルアミン類、N,N−ジメチルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン及びトリエタノールアミン等のヒドロキシアルキルアミン類が使用できる。
【0018】
アルカリ性の水性媒体中のアルカリ成分の濃度としては、カルボキシル基含有重合体中のカルボキシル基の全量に対して、アルカリ成分が30〜70モル%となる割合が好ましい。この割合が30モル%に満たない場合は、カルボキシル基含有重合体が水性媒体中に溶解又は分散し難くなる場合があり、他方70モル%を越える場合は、得られる反応性樹脂水分散体にアルカリ成分として使用したアンモニア又はアミンの臭気が残る場合がある。
付加反応におけるアルカリ性の水性媒体の使用量は、得られる反応性樹脂水分散体の固形分濃度が10〜60重量%となる量が好ましい。
【0019】
アルカリ性の水性媒体中のアルカリ成分が触媒として働き、付加反応が進行するが、必要に応じてさらに触媒を添加することができる。当該触媒の例としては、N,N−ジメチルベンジルアミン及びN,N−ジメチルアニリン等の高分子量3級アミン類;テトラジエチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムブロミド及びベンジルトリメチルアンモニウムクロリド等の4級アンモニウム塩類;ジエチルアンモニウムクロリド等の2級アミンの塩酸塩類;並びにトリフェニルホスフィン等のリン化合物類等が挙げられる。
これら触媒の好ましい添加量は、反応液中の固形分に対して、0.1〜10重量%であり、より好ましくは0.1〜5重量%である。
【0020】
当該付加反応では、反応を安定に行うために、ハイドロキノン及びハイドロキノンモノメチルエーテル等の重合禁止剤を添加したり、分子状酸素を吹き込むことが好ましい。重合禁止剤を使用する場合は、反応液に対して10wtppm〜2重量%が好ましい。
【0021】
○反応性樹脂水分散体の使用方法
本発明の製造方法により得られる反応性樹脂水分散体は、電子線或いは紫外線等の活性エネルギー線の照射により、又は常温或いは加熱によって硬化可能なものであり、そのままで又は下記する種々の成分と配合して、塗料、印刷インキ、接着剤、充填剤、成形材料及びレジスト等の種々の用途に使用できる。
【0022】
反応性樹脂水分散体には、必要に応じて、反応性希釈剤である活性エネルギー線硬化型単量体を配合することができる。活性エネルギー線硬化型単量体としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;エチレングリコールのモノ又はジ(メタ)アクリレート、メトキシエチレングリコールのモノ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールのモノ又はジ(メタ)アクリレート及びトリプロピレングリコールのモノ又はジ(メタ)アクリレート等のグリコールのモノ又はジ(メタ)アクリレート;並びにトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート又はペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等のポリオール又はそのアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリレート等が挙げられる。
活性エネルギー線硬化型単量体は、反応性樹脂水分散体の固形分100重量部当たり1〜150重量部の割合で配合することが好ましい。
【0023】
又反応性樹脂水分散体には、必要に応じて硫酸バリウム、酸化珪素、タルク、クレー及び炭酸カルシウム等の充填剤、フタロシアニン・ブルー、フタロシアニン・グリーン、酸化チタン及びカーボンブラック等の着色用顔料、密着性付与剤及びレベリング剤等の各種添加剤、並びにハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、フェノチアジンン及びN−ニトロソフェニルヒドロキシルアミンアルミニウム塩等の重合禁止剤を配合することもできる。
これらを配合する場合の配合割合としては、反応性樹脂水分散体の固形分100重量部に対して、100重量部以下であることが好ましい。重合禁止剤を配合する場合の配合割合としては、反応性樹脂水分散体の固形分に対して0.00001〜2重量%であることが好ましい。
【0024】
反応性樹脂を硬化させる場合の活性エネルギー線の照射方法及び加熱方法は、ラジカル重合性化合物の硬化方法として知られている、一般的な方法を採用すればよい。
【0025】
常温ないし加熱により硬化させる場合には、反応性樹脂水分散体に、アゾニトリル系の開始剤及び過酸化物系の開始剤等の重合開始剤を配合する。アゾニトリル系の開始剤及び過酸化物系の開始剤等の具体例としては、前記した高温連続重合で使用したものと同様のものが使用できる。重合開始剤の好ましい割合は、反応性樹脂水分散体の固形分に対して100重量部に対して0.001〜5重量部である。
【0026】
又、活性エネルギー線として、紫外線照射による硬化を行う場合には、反応性樹脂水分散体に光重合開始剤を配合する。電子線による硬化を行う場合には、光重合開始剤を配合する必要はない。
光重合開始剤の好ましい例としては、水溶性又は親水性の光重合開始剤であるダロキュア2959、同1173、同1116、イルガキュア184〔チバガイギー(株)製〕、カンタキュアABQ、同BTC、同QTX〔シェル化学(株)製〕が挙げられ、通常溶剤系又は無溶剤系で用いられている、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾフェノン、ベンジルジメチルケタール及び2,4−ジメチルチオキサントン等も使用できる。又、必要に応じて光重合開始剤の2種類以上を併用することもできる。
光重合開始剤は、反応性樹脂水分散体の固形分に対して0.1〜10重量%配合することが好ましい。
光重合開始剤の添加方法としては、水への溶解度が低い光重合開始剤を使用する場合は、反応性希釈剤である活性エネルギー線硬化型単量体にあらかじめ溶解させた後、単量体とともに添加するのが好ましい。又、水溶性又は親水性の光重合開始剤を使用する場合は、そのまま加熱混合することにより、添加することができる。
【0027】
本発明で得られる反応性樹脂を活性エネルギー線の照射により硬化させる場合には、通常反応性樹脂水分散体を基材に塗布した後、分散媒である水を、又アルカリ成分としてアンモニア又は低分子量有機アミンを使用した場合には、水とアンモニア又は低分子量有機アミンを、加熱により蒸発飛散させるのが好ましい。
硬化塗膜中に水分が残留すると、膜強度が不足したり、膜の透明性が損なわれることがある。
【0028】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。尚、以下において、部及び%は重量基準である。
○実施例1
●カルボキシル基含有重合体の製造
電熱式ヒータを備えた容量300mlの加圧式撹拌槽型反応器を、ジエチレングリコールモノエチルエーテルで満たし、温度を250℃にして、圧力調節器により圧力をゲージ圧で25〜27kg/cm2 に保った。
次いで、反応器の圧力を一定に保ちながら、カルボキシル基含有(メタ)アクリレートとしてアクリル酸30部、エチレン性不飽和単量体としてスチレン70部及び熱ラジカル開始剤としてジ−t−ブチルパーオキサイド0.1部とからなる単量体混合物A−1を、一定の供給速度(23g/分、滞留時間:14分)で原料タンクから反応器に連続供給を開始し、単量体混合物A−1供給量に相当する反応物を出口から連続的に抜き出した。反応開始直後に、一旦反応温度が低下した後、重合熱による温度上昇が認められたが、ヒータを制御することにより、反応温度を270〜271℃を保持した。
温度が安定した単量体混合物A−1供給開始から1時間後を、次のエステル化反応の原料としての反応液の抜き出し開始点とした。これから3時間反応を継続した結果、4140gの単量体混合液A−1を供給し、4130gの反応生成物を回収した。
反応液を薄膜蒸発器に導入して、未反応モノマー等の揮発成分を分離し、3800gの生成物(共重合体B−1)を得た。ガスクロマトグラフより、濃縮液中には未反応モノマーは存在していなかった。溶媒としてテトラヒドロフランを使用し、GPCより求めた分子量をポリスチレン換算した共重合体B−1の数平均分子量(以下Mnと略する)は4,100、重量平均分子量(以下Mwと略する)は8,250であり、多分散度は2.0であった。又、生成物の酸価は220であった。
【0029】
●反応性樹脂水分散体の製造
撹拌器、冷却管を備えたフラスコに、共重合体B−1を50g(0.196eq)、25%アンモニア水を6.0g及び水を186g入れ、70℃に加熱し、攪拌して共重合体B−1を溶解させた。共重合体を完全に溶解させた後、グリシジルメタクリレート13.9g(0.098モル)及びハイドロキノンモノメチルエーテル32mgを仕込み、75℃で2時間攪拌し、粘度10cps/25℃、固形分25%、固形分換算酸価87の反応性樹脂水分散体C−1を256g得た。
【0030】
○実施例2〜同4
実施例1において、カルボキシル基含有(メタ)アクリレート、エチレン性不飽和単量体の種類及び仕込み重量部を表1に従い変更した以外は、実施例1と全く同様の方法で反応を行い、カルボキシル基含有重合体を製造した。得られたカルボキシル基含有重合体の分子量及び酸価を表1に示す。
得られた各重合体を使用し、表2に示す条件で反応を行った以外は実施例1と全く同様の方法でグリシジルメタクリレートの付加反応を行い、反応性樹脂水分散体を製造した。
得られた反応性樹脂水分散体の酸価及び粘度を表2に示す。
【0031】
○比較例1
還流冷却器、温度計、滴下ロート、窒素置換用ガラス管及び攪拌機を取り付けた4つ口フラスコに、実施例1と同様の単量体混合物A−1を300g、メチルエチルケトン(以下MEKと略する)を700g及び2,2'−アゾビスイソブチロニトリルを9g仕込み、窒素を吹き込みながら80℃において4時間重合反応を行い、反応生成物F−1を得た。
反応生成物F−1のうち350gを薄膜蒸発器に導入して、未反応モノマー及び溶媒等の揮発成分を分離し、80gの生成物(共重合体D−1)を得た。ガスクロマトグラフより、濃縮液中には未反応モノマーは存在していなかった。溶媒としてテトラヒドロフランを使用し、GPCより求めた共重合体D−1のMnは10,500、Mwは34,250であり、多分散度は3.3であった。又、生成物の酸価は240であった。
撹拌器、冷却管を備えたフラスコに、共重合体D−1を50g(0.214eq)、25%アンモニア水を6.5g、水を189gを入れ、75℃に加熱し、攪拌して溶解した。完全に溶解した後、グリシジルメタクリレート15.2g(0.107モル)、ハイドロキノンモノメチルエーテル33mgを仕込み、70℃で2時間攪拌し、粘度124cps/25℃、固形分25%、固形分換算酸価94の反応性樹脂E−1を294g得た。
【0032】
○比較例2
撹拌器、冷却管を備えたフラスコに、比較例1の反応生成物F−1の166g〔共重合体D−1(0.214eq)の50gとMEK116gからなる〕、グリシジルメタクリレート15.2g(0.107モル)、トリエチルアミン0.65g、ハイドロキノンモノメチルエーテル33mgを仕込み、90℃で6時間攪拌した。
得られた反応液に、トリエチルアミン11gを入れ、50℃で10分間撹拌した後、水を225gを入れて分散液とし、これを減圧にして分散液中の溶剤を留去した。
粘度225cps/25℃、固形分29%、固形分換算酸価99の反応性樹脂E−2を280g得た。
【0033】
【表1】

Figure 0003707180
【0034】
【表2】
Figure 0003707180
【0035】
○評価
各例で得られた反応性樹脂水分散体を、以下の方法で評価した。それらの結果を表3に示す。
【0036】
・作業性評価
○:作業上問題なし。
△:多少粘度が高いが、取り扱うことができる。。
×:粘度が高いために取り扱いづらい。
【0037】
・加熱安定性試験
各例で得られた反応性樹脂水分散体を、40℃にて200時間放置した後、目視による外観で評価した。
◎:全く変化なし。
○:ほとんど粘度上昇なし。
△:粘度上昇あり。
×:凝集物、沈殿物が発生。
【0038】
・硬化性試験
得られた反応性樹脂水分散体の固形分100部に対して、イルガキュア2959〔チバガイギー(株)社製〕2部を配合して組成物を製造した。この組成物を、ボンデライト鋼板PB−144〔日本テストパネル(株)製〕に膜厚20ミクロンで塗布したのち、80℃のオーブンで5分間乾燥させたのち、これを80W/cm、集光型高圧水銀灯1灯を用いて、ランプ高10cmで紫外線を照射し、硬化に要した照射量を測定した。
尚、表における◎、○、△及び×は以下の意味を示す。
◎:500mJ/cm2未満で完全に硬化
○:500以上1000mJ/cm2未満で硬化
△:1000mJ/cm2以上で硬化
×:1000mJ/cm2以上でも硬化しない
【0039】
・硬度
硬化性試験により得られた硬化膜について、JISの「手かき法K5400」に従い評価した。
【0040】
・着色評価
硬化性試験により得られた硬化膜の着色を、目視により評価した。
尚、表における○、△及び×は以下の意味を示す。
○:着色は全くみられない
△:わずかに着色がみられる
×:着色がみられる
【0041】
【表3】
Figure 0003707180
【0042】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、カルボキシル基含有重合体に対するエポキシ基含有(メタ)アクリレートの付加反応性を工業的に有利に行うものであり、又得られる反応性樹脂水分散体は、粘度が低く作業性に優れるもので、着色がなく、保存安定性に優れ、又は該樹脂からなる組成物は、硬化性、加熱安定性及び透明性に優れているため、塗料、印刷インキ、接着剤、充填剤、成形材料及びレジスト等の種々の用途に使用でき、その工業的価値はきわめて大きい。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a reactive resin water dispersion curable by irradiation with an active energy ray such as an electron beam or ultraviolet rays, or at room temperature or by heating, and the reactive resin water dispersion produced by the present invention. The body is useful in various industrial fields as paints, printing inks, adhesives, fillers, molding materials and resists.
In the present specification, acrylate and / or methacrylate is represented by (meth) acrylate, acryloyl group and / or methacryloyl group is represented by (meth) acryloyl group, and acrylic acid and / or methacrylic acid is represented by (meth) acrylic acid. .
The unit of the acid value is mg KOH / g, and is expressed in terms of solid content.
[0002]
[Prior art]
In recent years, organic pollution, cleaning agents, and the like used in various industries have been released into the atmosphere, and air pollution on a global scale has progressed. For this reason, in the resin composition used for uses, such as various coating materials, ink, and an adhesive agent, the trial of making solvent-free by water-izing is made | formed.
As one of the methods for making the reactive resin aqueous, a compound having an epoxy group and an unsaturated group is added to a polymer having a carboxyl group, and an unsaturated group which is a reactive group is introduced into the polymer. A reactive resin having a carboxyl group and an unsaturated group is produced, and the resin is neutralized with an alkali. In some cases, the resin is suspended or emulsified in an aqueous solution containing water or an organic solvent such as alcohol using an emulsifier. There is a method (hereinafter referred to as method A, JP-A-51-17922, 51-23531).
In addition, as another method, there is a method in which a polymer having a carboxyl group is produced in water in the presence of a surfactant, and a compound having an epoxy group and an unsaturated group is added to the obtained polymer. Hereinafter referred to as Method B, JP-A-6-221950).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the above method A, the reaction of adding a compound having an epoxy group and an unsaturated group to a polymer having a carboxyl group is carried out using a catalyst such as an organic amine in a solvent such as a hydrophilic alcohol or ketone. However, the reaction was not sufficiently reactive, and the reaction took a long time. In order to increase the reactivity, there is a method of increasing the amount of a catalyst such as an organic amine. In this case, since the amount of the catalyst increases, the catalyst forms a large amount of salt with a polymer having a carboxyl group. Therefore, the resulting adduct is difficult to dissolve in a solvent.
In addition, when the resulting reactive resin is made aqueous, it is not only necessary to remove the solvent contained therein by evaporation or the like, but it is difficult to completely remove the solvent from the reactive resin. Therefore, if the product has an odor, or if the solvent is to be distilled off as much as possible, it will take a long time. As a result, the reactive resin has a long anaerobic atmosphere that promotes its curing reaction. Due to exposure to time, the storage stability of the final product may be deteriorated or colored.
In the case of Method B, the resulting reactive resin aqueous dispersion contains a surfactant in the liquid, and thus the cured film of the reactive resin is inferior in water resistance.
The inventors of the present invention have an industrially advantageous method for producing a reactive resin aqueous dispersion having excellent storage stability of a product, no coloring, excellent curability and workability, and a cured film having excellent water resistance. We have conducted an intensive study.
[0004]
[Means for solving problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that it is effective to produce a reactive resin by a specific method using a polymer having a specific carboxyl group, and the present invention. Was completed.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
○ Polymer having (meth) acryloyl group and carboxyl group
In the production method of the present invention, one or more of (meth) acrylates having one or more carboxyl groups (hereinafter referred to as carboxyl group-containing (meth) acrylates), or the ( It is obtained by polymerizing (meth) acrylate and one or more other monomers having one ethylenically unsaturated group (hereinafter referred to as ethylenically unsaturated monomer) under specific conditions (meta ) A polymer having an acryloyl group and a carboxyl group (hereinafter simply referred to as a carboxyl group-containing polymer) is used.
[0006]
Various carboxyl group-containing (meth) acrylates can be used, for example, Michael addition reaction products of unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, crotonic acid, cinnamic acid or (meth) acrylic acid. Dimer or higher oligomers, ω-carboxypolycaprolactone mono (meth) acrylate, phthalate monohydroxyethyl (meth) acrylate, succinate monohydroxyethyl (meth) acrylate, and the like.
[0007]
The carboxyl group-containing polymer may be a homopolymer or copolymer of a carboxyl group-containing (meth) acrylate, or a copolymer of this carboxyl group-containing (meth) acrylate and an ethylenically unsaturated monomer. There may be.
Various ethylenically unsaturated monomers other than the carboxyl group-containing (meth) acrylate can be used, such as styrene, α-methylstyrene, (meth) acrylonitrile, vinyl acetate and (meth). An acrylate etc. are mentioned. Specific examples of (meth) acrylate include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, and alkyl (meth) acrylate such as 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl Alkoxy (such as alicyclic alkyl (meth) acrylate such as (meth) acrylate), substituted aryl (meth) acrylate such as benzyl (meth) acrylate, 2-methoxyethyl (meth) acrylate and 2-ethoxyethyl (meth) acrylate ( Examples include (meth) acrylates, isobornyl (meth) acrylates, and hydroxyalkyl (meth) acrylates such as hydroxyethyl (meth) acrylate and hydroxypropyl (meth) acrylate.
[0008]
The copolymerization ratio of the carboxyl group-containing (meth) acrylate and the ethylenically unsaturated monomer is arbitrary on condition that the acid value of the resulting carboxyl group-containing polymer is a value satisfying the acid value shown below. It is.
[0009]
The carboxyl group-containing polymer used in the present invention needs to have an acid value of 50 to 500, preferably 100 to 300. When the acid value is less than 50, the carboxyl group-containing polymer is dissolved in an alkaline aqueous medium in the addition reaction with (meth) acrylate having one epoxy group (hereinafter referred to as epoxy group-containing (meth) acrylate) described later. There is a problem in that addition reactivity is lowered, or dissolution or dispersion takes time because of insufficient solubility or dispersibility. As a means for improving the solubility or dispersibility of the carboxyl group-containing polymer, there is a method of lowering the solid content concentration of the carboxyl group-containing polymer in an aqueous solution or dispersion. At this time, the reactive resin aqueous dispersion obtained However, since it contains a large amount of an aqueous medium, it becomes inferior in drying property. On the other hand, when the acid value is higher than 500, the viscosity of the resulting reactive resin water dispersion becomes high.
[0010]
The number average molecular weight of the carboxyl group-containing polymer needs to be 1,000 to 15,000, preferably 2,000 to 10,000. If this value is less than 1,000, the resulting reactive resin has poor adhesion and adhesion to the substrate, and the strength of the coating film is not sufficient. On the other hand, when this value exceeds 15,000, the solubility or dispersibility in an alkaline aqueous medium becomes poor, as in the case where the acid value is less than 50. If the solid content concentration of the carboxyl group-containing polymer is lowered, the solubility or dispersibility can be improved, but the resulting reactive resin water dispersion will be inferior in drying property. Furthermore, such a carboxyl group-containing polymer having a high number average molecular weight is inferior in reactivity with the epoxy group-containing (meth) acrylate, so that the introduction ratio of (meth) acryloyl groups into the reactive resin becomes insufficient. The resulting reactive resin is inferior in curability, and the hardness and strength of the coating film are reduced.
In the present invention, it is preferable to use a polydispersity (Mw / Mn) which is a ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) of the copolymer is 3 or less. More preferably, it is 2.5 or less. A carboxyl group-containing polymer having a polydispersity in this range is excellent in solubility in an alkaline aqueous medium and is particularly suitable for producing a reactive resin aqueous dispersion having a low viscosity.
In the present invention, the number average molecular weight and the weight average molecular weight are values obtained by converting the molecular weight measured by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC) based on the molecular weight of polystyrene using tetrahydrofuran as a solvent. is there.
[0011]
In the present invention, as a carboxyl group-containing polymer, a carboxyl group-containing (meth) acrylate or a polymer obtained by polymerizing the (meth) acrylate and an ethylenically unsaturated monomer at a high temperature of 150 to 310 ° C. is used. Preferably, high temperature continuous polymerization is used.
According to this high-temperature continuous polymerization method, a polymer having a lower polydispersity than that obtained by conventional solution polymerization can be obtained, and it is not necessary to use a thermal polymerization initiator, or a thermal polymerization initiator is used. Even in such a case, since a carboxyl group-containing polymer having a target molecular weight can be obtained with a small amount of use, a highly pure carboxyl group-containing polymer containing almost no impurities that generate radical species by heat or light can be obtained. The addition reaction of the carboxyl group-containing polymer and the epoxy group-containing (meth) acrylate described in the above can be performed stably, and the finally obtained reactive resin aqueous dispersion has excellent storage stability, and the coating film Excellent weather resistance.
[0012]
Several proposals have already been made on the high-temperature continuous polymerization method, and for example, a known method disclosed in JP-A-57-502171, 59-6207 and 60-21.507 may be used.
For example, after filling a pressurizable reactor with a solvent and setting the pressure to a predetermined temperature under pressure, the carboxyl group-containing (meth) acrylate, the (meth) acrylate and the ethylenically unsaturated monomer, or these are necessary. Accordingly, there may be mentioned a method in which a monomer mixture comprising a polymerization solvent is supplied to the reactor at a constant supply rate, and an amount of the reaction liquid corresponding to the supply amount of the monomer mixture is withdrawn.
When using a polymerization solvent, the solvent charged into the reactor at the start of the reaction and the polymerization solvent mixed in the monomer mixture may be the same or different. Solvents or polymerization solvents include aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, cumene and ethylbenzene, cellosolves such as butyl cellosolve, glycol ethers such as carbitol, glymes such as ethylene glycol dimethyl ether, and diglymes such as diethylene glycol dimethyl ether. Such as ether, ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, methyl propylene glycol acetate, acetate such as carbitol acetate and ethyl carbitol acetate, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, hexanol, decanol, ethylene glycol, propylene glycol and butylene glycol Aliphatic alcohols such as, aromatic alcohols such as benzyl alcohol and toluene alcohol, and Ethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene glycol, can be used polyalkylene glycols such as tetramethylene glycol and polytetramethylene glycol. The use ratio of the polymerization solvent is preferably 200 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the monomer mixture.
In addition, the monomer mixture can be mixed with a thermal polymerization initiator, if necessary, and the thermal polymerization initiator that can be used in this case is not particularly limited, but an azonitrile-based initiator and peroxide. And the like. Azonitrile-based initiators include 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile) and 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) Examples of the peroxide-based disclosure agent include hydrogen peroxide, di-t-butyl peroxide and benzoyl peroxide. When the thermal polymerization initiator is blended in the monomer mixture, the amount is preferably 0.001 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the monomer mixture.
The reaction temperature must be 150-310 ° C. When the temperature is less than 150 ° C, there is a problem that the molecular weight of the resulting polymer becomes too large or the reaction rate becomes slow. On the other hand, when the temperature exceeds 310 ° C, a decomposition reaction occurs and a reaction occurs. The liquid is colored, the addition reaction described later becomes unstable, or the resulting reactive resin becomes unstable. The pressure does not affect the reaction, depends on the reaction temperature, the monomer mixture used and the boiling point of the solvent, and may be any pressure that can maintain the reaction temperature. The residence time of the monomer mixture is preferably 2 to 60 minutes. If the residence time is less than 2 minutes, the amount of unreacted monomers increases, and the yield of the carboxyl group-containing polymer may decrease. On the other hand, if the residence time exceeds 60 minutes, Incurs a decline.
[0013]
-Production method of reactive resin water dispersion
In the production method of the present invention, the polymer is dissolved or dispersed in an alkaline aqueous medium, and the epoxy group of the epoxy group-containing (meth) acrylate is added to the carboxyl group of the polymer. In the present invention, the addition reaction is carried out in an alkaline aqueous medium, not in an organic solvent. In water, the alkali component that acts as a catalyst for the addition reaction can be present at a high concentration, so that the addition reaction in an aqueous medium is much faster than the reaction in an organic solvent, and the reactivity obtained by the addition reaction. Since the resin is obtained as a dispersion, it has a low viscosity and excellent coatability. Furthermore, in the present invention, the reactive resin is compared with a method of adding an epoxy group-containing (meth) acrylate in an organic solvent, then removing the solvent and then dispersing in water to produce a reactive resin aqueous dispersion. Is obtained as a water dispersion in one stage, and the resulting reactive resin water dispersion is free from problems such as odor and coloring.
[0014]
As the production method, various methods can be adopted. For example, a carboxyl group-containing polymer is dissolved or dispersed in an alkaline aqueous medium, and an epoxy group-containing (meth) acrylate is added to the aqueous solution or dispersion, A method of heating and stirring can be mentioned.
In this case, the reaction temperature is preferably 60 ° C to 100 ° C. When the carboxyl group-containing polymer is dissolved in an alkaline aqueous medium by the addition reaction, it becomes a reactive resin and disperses in water, and when dispersed in an alkaline aqueous medium, It becomes a functional resin and maintains a dispersed state in water as it is.
[0015]
In the production method of the present invention, as an epoxy group-containing (meth) acrylate that undergoes addition reaction with a carboxyl group of a carboxyl group-containing polymer, glycidyl (meth) acrylate is obtained, and the reactive resin obtained is present in the molecule (meta ) This is preferable because the ratio of the acryloyl group is high and the reactivity is excellent.
[0016]
The reaction ratio of the epoxy group-containing (meth) acrylate to the carboxyl group in the carboxyl group-containing polymer is preferably such that the acid value of the reactive resin after the addition reaction is 20 to 200.
When the acid value of the reactive resin after the addition reaction is less than 20, the dispersibility of the resulting reactive resin aqueous dispersion is not sufficient, and the resin component may aggregate or precipitate. On the other hand, when the acid value exceeds 200, the produced reactive resin dissolves without being dispersed in water, so that the viscosity becomes high and difficult to handle. When the viscosity of the aqueous dispersion becomes high, the viscosity can be lowered by reducing the solid content of the reactive resin, but the aqueous dispersion is not sufficiently dry.
[0017]
In the alkaline aqueous medium used as the reaction medium, various types of alkalis can be used. Examples include inorganic bases such as ammonia, organic amines, and sodium hydroxide. And since water resistance of the coating film obtained can be maintained, ammonia and a low molecular weight organic amine are preferable.
As the low molecular weight organic amine, trialkylamines such as trimethylamine, triethylamine and tributylamine, and hydroxyalkylamines such as N, N-dimethylethanolamine, N-methyldiethanolamine and triethanolamine can be used.
[0018]
As a density | concentration of the alkali component in an alkaline aqueous medium, the ratio from which an alkali component will be 30-70 mol% with respect to the whole quantity of the carboxyl group in a carboxyl group-containing polymer is preferable. When this ratio is less than 30 mol%, the carboxyl group-containing polymer may be difficult to dissolve or disperse in the aqueous medium, and when it exceeds 70 mol%, the resulting reactive resin water dispersion may be dispersed. The odor of ammonia or amine used as an alkali component may remain.
The amount of the alkaline aqueous medium used in the addition reaction is preferably such that the resulting reactive resin aqueous dispersion has a solid content concentration of 10 to 60% by weight.
[0019]
The alkali component in the alkaline aqueous medium acts as a catalyst and the addition reaction proceeds, but a catalyst can be further added as necessary. Examples of the catalyst include high molecular weight tertiary amines such as N, N-dimethylbenzylamine and N, N-dimethylaniline; quaternary ammonium salts such as tetradiethylammonium chloride, tetrabutylammonium bromide and benzyltrimethylammonium chloride. A hydrochloride of secondary amines such as diethylammonium chloride; and phosphorus compounds such as triphenylphosphine.
The preferable addition amount of these catalysts is 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.1 to 5% by weight, based on the solid content in the reaction solution.
[0020]
In the addition reaction, it is preferable to add a polymerization inhibitor such as hydroquinone and hydroquinone monomethyl ether or blow molecular oxygen in order to carry out the reaction stably. When using a polymerization inhibitor, 10 wtppm to 2 wt% is preferable with respect to the reaction solution.
[0021]
○ How to use reactive resin water dispersion
The reactive resin aqueous dispersion obtained by the production method of the present invention can be cured by irradiation with an active energy ray such as an electron beam or ultraviolet rays, or at room temperature or by heating, and the various components described below can be used as they are. It can mix | blend and can be used for various uses, such as a coating material, printing ink, an adhesive agent, a filler, a molding material, and a resist.
[0022]
If necessary, an active energy ray-curable monomer that is a reactive diluent can be blended in the reactive resin water dispersion. Active energy ray-curable monomers include hydroxyalkyl (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and 2-hydroxypropyl (meth) acrylate; mono- or di (meth) acrylate of ethylene glycol, methoxyethylene Mono (di) (meth) acrylates of glycols, such as mono (meth) acrylates of glycol, mono or di (meth) acrylates of tetraethylene glycol and mono or di (meth) acrylates of tripropylene glycol; and trimethylolpropane tri (meta ) Polyols such as acrylates, pentaerythritol tri (meth) acrylates or pentaerythritol tetra (meth) acrylates and dipentaerythritol hexaacrylates or alkylene oxides thereof De adduct (meth) acrylate.
The active energy ray-curable monomer is preferably blended at a ratio of 1 to 150 parts by weight per 100 parts by weight of the solid content of the reactive resin water dispersion.
[0023]
In addition, the reactive resin water dispersion may include a filler such as barium sulfate, silicon oxide, talc, clay and calcium carbonate as necessary, and a coloring pigment such as phthalocyanine blue, phthalocyanine green, titanium oxide and carbon black, Various additives such as an adhesion-imparting agent and a leveling agent, and polymerization inhibitors such as hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, phenothiazine and N-nitrosophenylhydroxylamine aluminum salt can also be blended.
The blending ratio when blending these is preferably 100 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the solid content of the reactive resin aqueous dispersion. The blending ratio when blending the polymerization inhibitor is preferably 0.00001 to 2% by weight based on the solid content of the reactive resin aqueous dispersion.
[0024]
The active energy ray irradiation method and the heating method in the case of curing the reactive resin may employ a general method known as a radical polymerizable compound curing method.
[0025]
In the case of curing at room temperature or by heating, a polymerization initiator such as an azonitrile-based initiator and a peroxide-based initiator is added to the reactive resin water dispersion. Specific examples of the azonitrile-based initiator and the peroxide-based initiator can be the same as those used in the high-temperature continuous polymerization described above. A desirable ratio of the polymerization initiator is 0.001 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight with respect to the solid content of the reactive resin aqueous dispersion.
[0026]
Moreover, when hardening by ultraviolet irradiation as an active energy ray, a photoinitiator is mix | blended with the reactive resin water dispersion. When curing with an electron beam, it is not necessary to add a photopolymerization initiator.
Preferable examples of the photopolymerization initiator include water-soluble or hydrophilic photopolymerization initiators Darocur 2959, 1173, 1116, Irgacure 184 [manufactured by Ciba Geigy Co., Ltd.], Cancure ABQ, BTC, QTX [ Manufactured by Shell Chemical Co., Ltd.], and benzoin, benzoin methyl ether, benzophenone, benzyldimethyl ketal, 2,4-dimethylthioxanthone, etc., which are usually used in a solvent system or a solventless system, can also be used. Moreover, two or more kinds of photopolymerization initiators can be used in combination as required.
The photopolymerization initiator is preferably blended in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the solid content of the reactive resin aqueous dispersion.
As a method for adding a photopolymerization initiator, when using a photopolymerization initiator having low solubility in water, the monomer is first dissolved in an active energy ray-curable monomer that is a reactive diluent, and then the monomer. It is preferable to add together. When a water-soluble or hydrophilic photopolymerization initiator is used, it can be added by heating and mixing as it is.
[0027]
When the reactive resin obtained in the present invention is cured by irradiation with active energy rays, the reactive resin aqueous dispersion is usually applied to the substrate, and then water as a dispersion medium is added as ammonia or ammonia or low as an alkaline component. When a molecular weight organic amine is used, it is preferable to evaporate and scatter water and ammonia or a low molecular weight organic amine by heating.
If moisture remains in the cured coating film, the film strength may be insufficient or the transparency of the film may be impaired.
[0028]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. In the following, parts and% are based on weight.
○ Example 1
● Manufacture of carboxyl group-containing polymers
A 300 ml capacity pressurized stirred tank reactor equipped with an electric heater is filled with diethylene glycol monoethyl ether, the temperature is set to 250 ° C., and the pressure is adjusted to 25 to 27 kg / cm using a pressure regulator. 2 Kept.
Next, while maintaining the reactor pressure constant, 30 parts of acrylic acid as a carboxyl group-containing (meth) acrylate, 70 parts of styrene as an ethylenically unsaturated monomer, and di-t-butyl peroxide 0 as a thermal radical initiator The monomer mixture A-1 consisting of 1 part was continuously fed from the raw material tank to the reactor at a constant feed rate (23 g / min, residence time: 14 minutes), and the monomer mixture A-1 A reaction product corresponding to the supply amount was continuously withdrawn from the outlet. Immediately after the start of the reaction, once the reaction temperature decreased, a temperature increase due to the heat of polymerization was observed, but the reaction temperature was maintained at 270 to 271 ° C. by controlling the heater.
One hour after the start of the supply of the monomer mixture A-1 with a stable temperature was taken as the starting point for extracting the reaction liquid as a raw material for the next esterification reaction. As a result of continuing the reaction for 3 hours, 4140 g of the monomer mixture A-1 was supplied, and 4130 g of the reaction product was recovered.
The reaction solution was introduced into a thin film evaporator to separate volatile components such as unreacted monomers to obtain 3800 g of a product (copolymer B-1). From the gas chromatograph, no unreacted monomer was present in the concentrate. The number average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mn) of copolymer B-1 using polystyrene as the molecular weight determined by GPC using tetrahydrofuran as a solvent is 4,100, and the weight average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mw) is 8. 250 and the polydispersity was 2.0. The acid value of the product was 220.
[0029]
● Production of reactive resin water dispersion
A flask equipped with a stirrer and a condenser tube was charged with 50 g (0.196 eq) of copolymer B-1, 6.0 g of 25% aqueous ammonia and 186 g of water, heated to 70 ° C., stirred, Combined B-1 was dissolved. After completely dissolving the copolymer, 13.9 g (0.098 mol) of glycidyl methacrylate and 32 mg of hydroquinone monomethyl ether were charged and stirred at 75 ° C. for 2 hours, viscosity 10 cps / 25 ° C., solid content 25%, solid 256 g of reactive resin water dispersion C-1 having an acid value of 87 was obtained.
[0030]
○ Examples 2 to 4
In Example 1, the reaction was performed in exactly the same manner as in Example 1 except that the carboxyl group-containing (meth) acrylate, the type of ethylenically unsaturated monomer, and the charged parts by weight were changed according to Table 1, and the carboxyl group was reacted. A containing polymer was produced. Table 1 shows the molecular weight and acid value of the obtained carboxyl group-containing polymer.
Using each of the obtained polymers, a glycidyl methacrylate addition reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction was carried out under the conditions shown in Table 2 to produce a reactive resin aqueous dispersion.
The acid value and viscosity of the resulting reactive resin water dispersion are shown in Table 2.
[0031]
○ Comparative Example 1
In a four-necked flask equipped with a reflux condenser, thermometer, dropping funnel, glass tube for nitrogen replacement and stirrer, 300 g of monomer mixture A-1 similar to Example 1 and methyl ethyl ketone (hereinafter abbreviated as MEK) And 9 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile were charged, and a polymerization reaction was carried out at 80 ° C. for 4 hours while blowing nitrogen to obtain a reaction product F-1.
350 g of the reaction product F-1 was introduced into a thin film evaporator to separate volatile components such as unreacted monomers and solvent to obtain 80 g of a product (copolymer D-1). From the gas chromatograph, no unreacted monomer was present in the concentrate. Tetrahydrofuran was used as a solvent, and the Mn of the copolymer D-1 determined by GPC was 10,500, Mw was 34,250, and the polydispersity was 3.3. The acid value of the product was 240.
A flask equipped with a stirrer and a condenser tube was charged with 50 g (0.214 eq) of copolymer D-1, 6.5 g of 25% aqueous ammonia, and 189 g of water, heated to 75 ° C., and dissolved by stirring. did. After complete dissolution, 15.2 g (0.107 mol) of glycidyl methacrylate and 33 mg of hydroquinone monomethyl ether were added and stirred at 70 ° C. for 2 hours. Viscosity 124 cps / 25 ° C., solid content 25%, solid content converted acid value 94 294 g of the reactive resin E-1 was obtained.
[0032]
○ Comparative Example 2
In a flask equipped with a stirrer and a condenser, 166 g of reaction product F-1 of Comparative Example 1 (consisting of 50 g of copolymer D-1 (0.214 eq) and 116 g of MEK), 15.2 g of glycidyl methacrylate (0 107 mol), 0.65 g of triethylamine, and 33 mg of hydroquinone monomethyl ether were added and stirred at 90 ° C. for 6 hours.
After adding 11 g of triethylamine to the obtained reaction liquid and stirring at 50 ° C. for 10 minutes, 225 g of water was added to make a dispersion liquid, and this was reduced in pressure to distill off the solvent in the dispersion liquid.
280 g of a reactive resin E-2 having a viscosity of 225 cps / 25 ° C., a solid content of 29%, and an acid value of 99 in terms of solid content was obtained.
[0033]
[Table 1]
Figure 0003707180
[0034]
[Table 2]
Figure 0003707180
[0035]
○ Evaluation
The reactive resin water dispersion obtained in each example was evaluated by the following methods. The results are shown in Table 3.
[0036]
・ Workability evaluation
○: No problem in work.
(Triangle | delta): Although viscosity is somewhat high, it can handle. .
X: It is difficult to handle due to high viscosity.
[0037]
・ Heating stability test
The reactive resin water dispersion obtained in each example was allowed to stand at 40 ° C. for 200 hours and then evaluated by visual appearance.
A: No change at all.
○: Almost no increase in viscosity.
Δ: Increased viscosity.
X: Aggregates and precipitates are generated.
[0038]
・ Curability test
A composition was prepared by blending 2 parts of Irgacure 2959 (manufactured by Ciba Geigy Co., Ltd.) with respect to 100 parts of the solid content of the resulting reactive resin water dispersion. This composition was applied to a bonderite steel sheet PB-144 (manufactured by Nippon Test Panel Co., Ltd.) with a film thickness of 20 microns, and then dried in an oven at 80 ° C. for 5 minutes, and then this was 80 W / cm, a condensing type Using one high-pressure mercury lamp, ultraviolet rays were irradiated at a lamp height of 10 cm, and the irradiation amount required for curing was measured.
In the table, ◎, ○, Δ and × have the following meanings.
A: Completely cured at less than 500 mJ / cm2
○: Cured at 500 or more and less than 1000 mJ / cm 2
Δ: Cured at 1000 mJ / cm2 or more
×: Not cured even at 1000 mJ / cm2 or more
[0039]
·hardness
About the cured film obtained by the sclerosis | hardenability test, it evaluated in accordance with JIS "hand-drawing method K5400".
[0040]
・ Coloring evaluation
The color of the cured film obtained by the curability test was visually evaluated.
In addition, (circle), (triangle | delta), and x in a table | surface show the following meanings.
○: No coloring at all
Δ: Slightly colored
X: Coloring is observed
[0041]
[Table 3]
Figure 0003707180
[0042]
【The invention's effect】
The production method of the present invention is an industrially advantageous addition reaction of an epoxy group-containing (meth) acrylate with respect to a carboxyl group-containing polymer, and the resulting reactive resin aqueous dispersion has a low viscosity. It has excellent properties, is not colored, has excellent storage stability, or a composition comprising the resin is excellent in curability, heat stability, and transparency, so that it can be used for paints, printing inks, adhesives, and fillers. It can be used in various applications such as molding materials and resists, and its industrial value is extremely large.

Claims (2)

1個以上のカルボキシル基を有する(メタ)アクリレートの1種以上又は該(メタ)アクリレートとこれ以外の1個のエチレン性不飽和基を有する単量体の1種類以上とを150〜310℃の重合温度において重合して得られる、酸価が50〜500で、数平均分子量が1,000〜15,000である(メタ)アクリロイル基及びカルボキシル基を有する重合体を、アルカリ性の水性媒体中に溶解又は分散させ、当該重合体に1個のエポキシ基を有する(メタ)アクリレートを付加反応させることを特徴とする反応性樹脂水分散体の製造方法。One or more of (meth) acrylates having one or more carboxyl groups or one or more of the (meth) acrylates and one other monomer having one ethylenically unsaturated group at 150 to 310 ° C. A polymer having a (meth) acryloyl group and a carboxyl group having an acid value of 50 to 500 and a number average molecular weight of 1,000 to 15,000, obtained by polymerization at a polymerization temperature, is added to an alkaline aqueous medium. A method for producing a reactive resin aqueous dispersion, wherein the polymer is dissolved or dispersed, and the polymer is subjected to an addition reaction with (meth) acrylate having one epoxy group. (メタ)アクリロイル基及びカルボキシル基を有する重合体が、酸価が100〜300で、数平均分子量が2,000〜10,000である請求項1記載の反応性樹脂水分散体の製造方法。The method for producing a reactive resin water dispersion according to claim 1, wherein the polymer having a (meth) acryloyl group and a carboxyl group has an acid value of 100 to 300 and a number average molecular weight of 2,000 to 10,000.
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